浅谈钢结构建筑的结构体系__墨水学术,论文发表,发表论文,职称论

所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:228

副标题#e#摘要：目前钢结构建筑结构体系较多，不同的钢结构建筑的结构体系应采用不同相应技术，本文主要讨论了钢结构建筑的结构体系，即底层结构体系、多、高层结构体系和中、大跨度结构体系，为今后建筑设计工作奠定相关基础工作。
关键词：钢结构；建筑；结构体系；施工
1、前言
传统建筑结构体系多以砖石或钢筋混凝土为主要承重材料已有很长的历史,无论从设计方面还是施工方面都已经十分成熟,但其缺点也是显而易见的。随着国家政策的大力支持,钢结构建筑作为新兴的绿色建筑体系,得到了迅速的发展。钢结构建筑体系的形式有多种,按其高度和跨度可分为低层的结构体系,多高层结构体系,中大跨度结构体系。
2、低层结构体系
钢结构低层建筑中以门式刚架和轻钢骨架最为常见。
2.1、门式刚架结构体系
几年来,随着我国彩色钢板产量的增加和焊接H型钢的出现,门式刚架发展迅猛。门式刚架结构是以梁、柱单元构件的组合体,是柱和直线形、弧线形和折线形横梁刚性连接的承重骨架的结构体系。在工业和民用建筑中,常采用单跨、双跨或多跨,双坡或单坡等单层门式钢架。
门式刚架自重轻,内力分布均匀,有利于充分发挥材料的承载力,在多跨建筑中也可做成一个屋脊的大双坡屋面, 为长坡面排水创造了条件,该种形式的中间柱可减少横梁的跨度,从而使梁截面减小,降低造价。门式刚架结构构件可全部在工厂制作,工业化程度高,构件单元可根据运输条件划分,单元之间在现场用螺栓相连,安装方便快速,土建施工量少。建筑体型简洁、美观。门式刚架通常应用于跨度9 ~ 36m,柱距一般为6m,柱高为4.5 ~ 9m,没有或设有较小起重量吊车的单层工业厂房或公共建筑中。
2.2、低层轻钢骨架体系
轻钢龙骨结构就是以C 型和U 型这两种简单的截面形式的冷弯型钢龙骨为基本结构构件, 经装配工艺构成各种复杂形势的梁柱或大型组合构件,再经过组装工艺成为完整的住宅结构框架。
该结构体系抗震好、重量轻、寿命长、使用面积大、灵活开间、建筑周期短、舒适度高、绿色环保。由于轻钢龙骨骨架截面小,承载力较小,主要应用于一个到两个家庭居住的独立式或联排式的低层住宅。
低层结构体系的围护结构:经调研墙体主要有:轻质砌块(加气混凝土、煤矸石多空砖、黄河淤泥烧结砖等)、轻质墙板(金属夹芯板、现场复合金属板、真空挤压高密度水泥纤维板、稻草板等);屋面主要有:现场金属复合板、金属夹芯板、压型钢板组合楼板、蒸压加气混凝土(ALC)等。
3、多、高层结构体系
多层钢结构建筑体系宜采用框架体系, 在设计中须加强框架间的连接和支撑。钢结构框架体系自重轻,自振周期长,对地震作用不明显。但框架体系抗侧移刚度小,在风荷载、地震荷载的作用下,其层间侧位移和总的侧位移较难满足规范的要求,设置各种侧向抗力支撑。多高层钢结构建筑结构体系主要有:钢框架结构体系、框架- 支撑结构体系、框架- 剪力墙体系、框架- 筒体结构体系、交错桁架结构体系等。
3.1、 钢框架结构体系
该体系类似于钢筋混凝土框架体系, 不同的是将混凝土梁柱改为钢梁、钢柱。因为钢材强度高、刚度大,当采用与钢筋混凝土结构相同的开间和进深时,梁柱的截面将减小一半左右,增加了房间的使用面积和净空,扩大了房间的采光面积。框架结构因为其空间灵活性较大,它可以组成大开间,充分满足建筑布置上的要求。钢框架体系的结构形式主要有H 型钢柱+H 型钢梁;方形、矩形、管(内加混凝土)钢柱+H 型钢梁;也有方形、矩形、管(内加混凝土)钢柱+ 钢筋混凝土梁或者组合梁(如劲性混凝土梁等)。
3.2 、框架-支撑体系
钢框架的侧向刚度较弱, 为了加强多层钢结构建筑的侧向刚度,抵抗水平风荷载和地震作用,减小层间错移,可在梁柱间加支撑,即钢#p#副标题#e#框架-支撑体系。支撑要在适当位置设置,以便与建筑设计相协调,支撑的形式有很多,有十字交叉、人字型等。钢框架-支撑体系主要有:钢框架-中心支撑体系: 钢框架- 偏心支撑体系。支撑一般做成铰接,按压杆或拉杆设计,在地震烈度较高地区或者风荷载较大情况下,为了保证稳定性,多按压杆设计。该体系不仅因为有刚度较大的支撑作为抗侧体系,使得整体结构侧移减小,而且由于框架和支撑的共同作用,大大减小了结构下部较大层间位移,各楼层的层间侧移角渐趋一致,因此适用的层数比框架体系增加较多,层数一般在35-40 层以下。
3.3 、框架- 剪力墙体系
框架- 剪力墙体系是以框架体系为基础, 沿其柱网的几个主轴方向,通常是沿建筑平面的纵向、横向或斜向,在框架间布置一定数量的剪力墙,使框架和剪力墙结合起来,共同抵抗水平荷载的结构体系。在框架间设置的剪力墙,可以分为钢筋混凝土剪力墙、钢板剪力墙两大类。
在框架- 剪力墙体系中,剪力墙的刚度较大,承担大部分水平剪力,整个结构的侧向刚度大大提高,框架主要承担竖向荷载,同时也承担少量的水平荷载,因此柱的截面也减小,增加了室内的净面积。
3.4、 框架-核心简体系
该体系是以钢框架体系为基础,在体系内靠近中心的部位,布置几片墙体,封闭围成核心筒。核心筒一般布置在电梯间、楼梯间、卫生间等,大大提高了材料的利用效率。这种结构体系将钢材的强度高、质量轻、施工速度快和混凝土的抗压强度高、防火性能好、抗侧刚度大等优点有机结合起来。该体系主要用于多高层,如果用钢框简- 混凝土核心体系(筒中筒体系),可以建成超高层建筑。
3.5 、交错桁架体系
交错桁架体系的骨架由房屋外侧的柱子和跨度等于房屋宽度的桁架组成。桁架的高度与层高相同,长度和房屋宽度相同。桁架两端支撑于外围的柱子上,桁架在相邻柱子上为上、下层交错布置,楼板一段搁置在桁架的上弦,另一端搁置在相邻桁架的下弦。这样桁架和支撑均分布在分户墙内。这种建筑体系容易形成大空间,便于建筑平面布置或灵活分隔,采用小柱距交错桁架布置,使楼板厚度减小、自重减轻、净空增加。在第二层采用吊杆支承楼面,可使第一层做成少柱或无柱的大厅。在顶层,无法使桁架交错排列,可采用立柱支承楼面。桁架跨中节点间可设斜杆,便于设置走廊或做成连通相邻房间的门洞。
4、中、大跨度结构体系
中、大跨空间结构是最近四十多年来发展最快的结构形式,大跨度和超大跨度建筑物及作为其核心的空间结构技术的发展状况已成为代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。
4.1 、梁式结构体系
梁式结构体系,主要是桁架。桁架是指由杆件在端部相互连接而组成的格子式结构,它包括平面桁架和立体桁架。这里仅介绍立体桁架中在大跨中应用较多的管桁架, 管桁架即是指结构中的杆件均为圆管杆件。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力,应力在截面上均匀分布,因而容易发挥材料的作用,这些特点使得桁架结构用料经济,结构自重小。大部分桁架结构中的杆件均在节点处采用焊接连接。由于桁架结构中各杆件之间是以相贯线型式相交,杆件端头断面形状比较复杂。近年来兴建的大型公共建筑大多都采用了钢管杆件直接汇交的管桁结构,它的外形丰富、结构轻巧,传力简捷、制作安装方便、经济效果好,是当前应用较多的一种结构体系。
4.2 、空间网格结构体系
空间网格结构包括网架和网壳。网架、网壳是一种新型的屋盖承重结构,是以多根杆件按照一定的规律组合而成的网格状,高次超静定空间结构体系。它改变了一般平面结构的受力状态,能够承受来自各方面的荷载。空间网格结构体系,结构新颖美观,杆件规律性强,网格划一,整体性好,空间刚度大,抗震性能好,杆件之间全部采用焊接或螺栓球连接,便于安装,操作简#p#副标题#e#便,受力明确,已经得到广泛的应用。该体系广泛用于体育馆、展览厅、餐厅、候车室、仓库及单层多跨工业厂房等屋盖承重结构。
4.3、索结构体系
悬索结构是以一系列受拉的索作为主要的受力构建, 并将其按一定规律排列组合成各种形式的体系后,悬挂到相应的支承结构上。从几何形状、组成方法、悬索的材料以及受力特点出发,建筑师创造出很多优美的造型。悬索结构,是比较理想的大跨度结构形式之一。目前,悬索屋盖结构的跨度已达206m。
悬索结构的主要承重构件是受拉的钢索, 钢索是用高强度钢绞线或钢丝绳制成。悬索结构包括三部分:索网、边缘构件和下部支承结构。索非常柔软,形状随荷载性质而变,抗弯刚度忽略不计。索是中心受拉构件,既无弯矩也无剪力。索的拉力取决于跨中的垂度,垂度越小拉力越大。索的垂度一般为跨度的1/30。这种结构体系多用于多功能体育场馆,会议展览中心,博览馆,候机厅,飞机库等。
5、结束语
由于建筑结构与围护结构关系密切,在建筑设计时,应充分熟悉结构类型、结构的体系组成、受力特点,并结合结构尺寸和比例关系,来选择相应的围护结构。因此本文着重介绍了钢结构常用的结构体系,所以应该根据不同的结构体系采用不同的围护方式。